铁基非晶合金共振特性检测系统设计及其在凝血检测中的初步研究

摘要

在生物医学磁弹性传感器研究中，虽然检测的具体目标多种多样，但其检测设备具有较高的通用性，其核心就是检测铁基非晶合金的共振特性的变化情况。因此设计一种操作简便、低成本的铁基非晶合金共振特性检测系统可以满足磁弹性生物医学传感器研究中对通用检测设备的需求。目前铁基非晶合金的共振特性检测方法中，时域振铃检测法应用于高粘度溶液的环境中时，信号幅值衰减较快，从而导致检测的精度较低；频域扫频-双线圈感应法存在线圈体积较大、结构复杂、接收线圈容易受到激励线圈的干扰等问题。而且大部分设备采用普通电压源的激励方式，存在因合金影响激励线圈的阻抗从而导致激励磁场不稳定的问题。
　　针对这些问题本文设计了一种采用阻抗检测法的铁基非晶合金共振特性检测系统。在系统硬件方面，主要由微控制器单元、激励螺旋线圈、可编程直流偏置单元、可编程交流电流源激励单元、阻抗幅值检测单元、阻抗相位检测单元及RS232通信单元组成。在软件系统方面，编写微控制器相关程序实现系统工作参数的设置、自动扫描检测和数据传输功能。
　　使用Metglas2826MB铁基非晶合金带材制作测试样片对搭建的检测系统进行了性能及功能测试，包括铁基非晶合金在空气、水中的共振特性观察、寻找最佳直流偏置电压实验、系统重复性实验以及铁基非晶合金对表面质量变化的响应测试实验。实验结果表明，系统能够对铁基非晶合金的共振特性进行准确的检测，并具有良好的稳定性和可重复性。测得铁基非晶合金的共振频率与其表面的质量变化情况基本成线性关系，符合理论预期。
　　最后利用铁基非晶合金设计了凝血检测芯片，并进行了人体血液全血凝血检测和血浆凝血检测的初步实验和研究。实验结果表明，芯片在凝血过程中的响应幅值变化与凝血理论过程具有高度的相关性，能够从一定程度上反映出凝血的动态过程，且具有用血量少，成本低的优点。因此，使用铁基非晶合金进行凝血检测具有较高的可行性。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2国内外研究现状

1.3 研究意义、目的及主要研究内容

2 铁基非晶合金共振特性及阻抗法检测的基本原理

2.1 铁基非晶合金的共振特性

2.2 铁基非晶合金及激励线圈的等效电路模型及测试原理

2.3 本章小结

3 硬件整体系统设计及实现

3.1 检测系统性能指标设计

3.2 微控制器单元

3.3 螺旋激励线圈

3.4 直流偏置信号产生单元

3.5交流激励信号产生单元

3.6阻抗幅值检测电路

3.7 阻抗相位检测电路

3.8 RS232通信单元

3.9 电源电路

3.10 本章小结

4 软件系统设计及实现

4.1 下位机软件设计

4.2 上位机软件设计

4.3 本章小结

5 系统实验测试

5.1 检测系统性能测试

5.2 凝血检测的初步研究

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 后续研究及展望

致谢

参考文献

附录